JP2009277891A - 薄膜太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜太陽電池モジュールにおいて、電気化学的腐食の無い信頼性のある太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 少なくとも、薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板と、充填材と、バックカバーと、を備える薄膜太陽電池パネルと、前記薄膜太陽電池パネルの周縁部を囲むガスケットと、を含む薄膜太陽電池モジュールであって、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部はガラスが露出している部分を有し、前記ガスケットは、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部のガラスが露出している部分の幅を完全に囲むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明はガラス基板に直接薄膜太陽電池セルを形成した太陽電池セルを含み、特に屋外に設置される薄膜太陽電池モジュールの耐候性を改善する技術に関する。

近年、太陽電池の低コスト化、高効率化を両立するために原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池セルが注目され、開発が精力的に行われている。特に、安価なガラス基板上に低温プロセスを用いて透明電極、良質の半導体層、裏面電極を薄膜太陽電池セルとして形成し、このガラス基板をそのまま表面構造材として利用する薄膜太陽電池パネル構造が、低コスト化に有効な方式として検討されている。

通常この方式の薄膜太陽電池パネルを用いた薄膜太陽電池モジュールは、薄膜太陽電池セルの保護や電気的絶縁などを目的として、薄膜太陽電池セルが形成された面を、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと称す）などを主成分とする透明な充填材料とバックカバーにより封止した構造になっている。このバックカバーは、太陽電池モジュール内部への防湿性を確保するため、シリカ蒸着ＰＥＴフィルムやアルミ箔などの防湿層にポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）やＰＥＴフィルム等を積層したものなど、防湿性に優れたシートが使用される。

薄膜太陽電池モジュールは、封止した内部に極僅かの水分が浸入しても、薄膜太陽電池モジュールにより発生した電気により、薄膜太陽電池を構成する成分が分解する電気化学的腐食反応が起こる可能性があるために、信頼性を確保するために多くの検討がなされてきた。

非特許文献１においては、薄膜太陽電池セルが形成されたガラス基板の周辺部の透明電極、半導体、裏面電極等の薄膜太陽電池セルを構成する薄膜（以下、セル薄膜と呼ぶ）を研磨にて除去し、充填材としてＥＶＡ、バックカバーとしてガラスを用いて封止したサンプルを温度８５℃、相対湿度８５％の高温高湿槽に投入し、電界をかけて、信頼性を評価している。評価結果によると充填材とガラス基板の界面での水分の浸入により腐食が最も起こりやすいことが判明した。また、ガラス基板成分のナトリウムがガラス端部とセルの間の電界により移動して透明電極と電気化学反応し、透明電極の成分である酸化錫が腐食している。結論として、水分の浸入を防ぐことが有効であり、また、電界を抑制することで腐食が緩和することが示唆されている。

この対策として、ガラス基板の周辺部のセル薄膜を研磨にて除去する巾を大きくすることが提案されると共に、特許文献１のごとく、透湿性の極めて小さい端面封止剤で完全に太陽電池パネルの周縁部を密着して多い水分の浸入を防ぐ技術が開発されている。

また、特許文献２においてはさらにこの水分浸入を抑制するため、太陽電池モジュールの周縁部を、シリコーンゴムやブチルゴムなどの接着剤付き金属箔テープにより、断面コ字形で封止する技術が開示されている。
"Electrochemical corrosion of SnO2:F transparent conducting layer in thin-film photovoltaic modules" C.R. Osterwald, T.J. McMahon, J.A. del Cueto PP21-33 Solar Energy Materials & Solar Cells 79 (2003) 特開２００３−１４２７１７ 特開平８−２３１１６

しかしながら、非特許文献１においては、薄膜太陽電池パネルの端部からの水分の浸入を抑制するためにブチルゴムにて端部を封止しているが、実験結果として腐食が起こっており更なる技術が必要であることを示唆している。また、電流の漏れに対応して腐食が進むことは記載しているけれども具体的な防止手段についての解は得られていない。

一方、特許文献１については、従来手法と比較すれば塗布部の密着性と塗布工程の再現性を改善する効果が得られているが、同じように隙間が発生すれば、モジュール内部に水分が到達し同じように腐食が発生する可能性がある。隙間の発生の対策として更にシリコーンの様に流動性に富み、密着性が勝る材料を追加して塗布することを提案しているが、シリコーンは水蒸気透過性があり長期の信頼性を考慮すると改善は見込めない。そもそもこのような二重層のコーティングは第一のブチルゴムのコーティングが完全であれば不必要なものであり、このような追加構成が提案されていることから、第一のコーティングに問題があることを示唆しているものと思われる。

また、特許文献２に開示の技術は水蒸気を全く透過しない金属を導入することで水蒸気の透過が大幅に改善されると見込まれるとともに金属箔テープを取付けるときの押え付けでシール材の密着性が改善すると見られる。しかしながら、金属箔テープは柔軟性に限界があり特にコーナー部において薄膜太陽電池パネルに隙間が生じている。さらに都合の悪いことに、金属箔テープが余分な部材として必要になりコスト上昇の原因となる。

このように、周縁部をブチル樹脂等で封止した太陽電池モジュールは、封止樹脂継ぎ目での隙間が生じると封止効果が十分に得られず、使用環境によっては早期に腐食が発生してしまう場合があり、問題であった。

本発明の目的は、このような欠陥が仮に存在しても腐食を抑制することが可能であるとともに、このようなモジュール周縁部の封止欠陥の発生についても改良された、信頼性のある薄膜太陽電池モジュールを提供することにある。

以上の問題を解決するために、本発明は、
少なくとも、薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板と、充填材と、バックカバーと、を備える薄膜太陽電池パネルと、前記薄膜太陽電池パネルの周縁部を囲むガスケットと、を含む薄膜太陽電池モジュールであって、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部はガラスが露出している部分を有し、前記ガスケットは、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部のガラスが露出している部分の幅を完全に囲むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明は、また、更に端部封止材を備える前記薄膜太陽電池モジュールであって、前記端部封止材は、前記薄膜太陽電池パネルと密接し、前記ガスケットで囲まれた部分に存在することを特徴とする、薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明は、また、更に端部封止材を備える前記薄膜太陽電池モジュールであって、前記端部封止材は、前記薄膜太陽電池パネルと密接し、前記ガスケットで囲まれた部分に存在し、該囲まれた部分の空間に前記端部封止材又は樹脂材料が充填されてなる、薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明は、また、更にフレームを含み、ガスケットで周縁部を囲まれた前記薄膜太陽電池パネルが前記フレームの溝に設置されてなることを特徴とする、薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明は、また、前記端部封止材が、ブチルゴム、シリコーン樹脂及びアクリル粘着剤からなる群より選ばれた１種以上の材料である、薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明は、また、前記端部封止材の軟化点が１００℃以上２３０℃以下でありタイプＡデュロメータによる硬度が２０〜１００であることを特徴とする、薄膜太陽電池モジュール、である。

本発明によれば、太陽電池の実使用環境において水分にさらされることが多い太陽電池モジュール周縁部において防水・防湿機能が長期にわたり損なわれることなく、さらに仮に端部の封止材の塗布不良が発生した場合においても腐食が抑制される薄膜太陽電池モジュールを得ることが可能になる。

本発明は、また、ガラス基板に薄膜太陽電池セルを形成し、ガラス基板の周縁部の薄膜太陽電池セルを構成する電極・半導体の薄膜が除去され、充填材とバックカバーで封止された薄膜太陽電池パネルとその周縁部を覆うガスケットを含む太陽電池モジュールであって、該ガスケットが薄膜太陽電池パネルのガラス基板側において前記薄膜を除去した幅を完全に覆っていることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール、でもある。

本発明の薄膜太陽電池モジュールは、ガラス基板に薄膜太陽電池セルを形成し、ガラス基板の周縁部のセル薄膜が除去され、充填材とバックカバーで封止された薄膜太陽電池パネルとその周縁部を覆うガスケットを構造のもので、該ガスケットが薄膜太陽電池パネルのガラス基板側において前記薄膜を除去した幅を完全に覆っている。

本発明は、また、前記ガスケットと前記薄膜太陽電池パネルの間に、薄膜太陽電池パネルの周縁部とバックカバーの周辺部及びガラス表面で該ガスケットが覆った部分で薄膜太陽電池パネルと密着した端部封止材が挟まれたことを特徴とする薄膜太陽電池モジュール、でもある。

また、前記ガスケットと前記薄膜太陽電池パネルの間に、薄膜太陽電池パネルの周縁部とバックカバーの周辺部及びガラス表面で該ガスケットが覆った部分で薄膜太陽電池パネルと密着した端部封止材が挟まれている。

本発明は、また、前記ガスケットと前記薄膜太陽電池パネルの間に、薄膜太陽電池パネルの周縁部とバックカバーの周辺部及びガラス表面で該ガスケットが覆った部分で薄膜太陽電池パネルと密着した端部封止材が挟まれ、更に前記ガスケットと前記薄膜太陽電池パネルの間の残った空間を前記端部封止材又はシリコーン等の樹脂材料で充填したことを特徴とする、薄膜太陽電池モジュール、でもある。

本発明は、また、更にフレームが含まれ、ガスケットで周辺部を覆われた前記薄膜太陽電池パネルがフレームの溝に設置されたことを特徴としている。

ここで用いている前記端部封止材は、ブチルゴム、シリコーン樹脂やアクリル粘着剤の群の材料の少なくとも一つであることが望ましく、さらに前記端部封止材の軟化点が１００℃以上２３０℃以下でありタイプＡデュロメータによる硬度が２０〜１００であることが好ましい。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本実施形態に記載された構成部品の種類、形状、その相対配置等は、本発明の範囲をそれのみに限定するものではなく、本発明の思想に基づいて適宜に変更可能である。

図１は本発明の第１の実施の形態の薄膜太陽電池モジュールの模式図である。ガラス基板１上に直接薄膜太陽電池セル２が形成されている。ガラス基板上の薄膜太陽電池セルの周囲の領域１３の薄膜は除去されている。さらに薄膜太陽電池セル２が充填材３と、バックカバー４とによって封止され薄膜太陽電池パネル１１を構成している。薄膜太陽電池パネルの周縁部には端部封止材６が接着塗布され、ガスケット５を介してアルミ等のフレーム７に組み込まれている。ガスケット５は薄膜が除去された周囲の領域１３の幅をガラス基板の表面で完全に覆っている。

（ガラス基板）
ガラス基板１としては、太陽電池モジュールの大きさのものを用いることが好ましい。

ガラスの材質としては、青板ガラスまた鉄分を除いて特に赤外領域の光透過性を改善した白板ガラスが用いられるがこれに限定されるものではない。価格的には高価になるが、半導体に悪影響を及ぼす不純物を含まないホウケイ酸ガラスや石英ガラスなどが信頼性を得る上では好ましくこれらの基板を用いた場合にも本発明は有効である。

これらの材質のガラスは強化ガラスにする場合と通常のガラスを用いる場合がある。太陽電池モジュールの強度を維持するためには、例えば１ｍ角の大きさの太陽電池では、強化ガラスで３ｍｍ、通常ガラスで５ｍｍ程度の厚みのものを用いる。

（透明電極）
これらのガラスの表面に半導体への不純物の拡散を防止する目的で酸化ケイ素を１００ｎｍ程度形成した後、ＳｎＯ_２あるいはＺｎＯなどの透明導電膜を形成する。透明導電膜の厚みは１００ｎｍから１０００ｎｍの間であり、導電率や材料の結晶性を応用した凹凸の程度、さらには透明導電膜の光透過率を考慮して適宜厚みを設計する。好適な一例として透明導電膜を形成したガラスの表面導電率は１０Ω/□以下、透過率は８０％以上、凹凸のヘイズ率は１０％以上である。

（面取り）
ガラス基板１は透明導電膜の形成の前あるいは後に所定の寸法に切断される。ガラス基板の切断面をそのままにしておくと、外的な応力や基板上の温度分布で発生する膨張量の差による熱応力により割れやすいので、ダイヤモンドを表面に施した研磨装置にて、角を丸める面取りを行う。面取り形状としては、丸くするＲ面取り、角を取り切断面を研磨するＣ面取り、そして角のみを丸める糸面取りがあるが、後の工程で高温とする場合にはR面取りが最も好ましく、他の選択肢では研磨する部分が少なくなるに従ってガラスの割れる確率が増す。また、面取りによりガラスの強度が改善するが、切断面から遠い、面内の強度までは回復しないので、切断面の強度低下対策として太陽電池モジュールとした場合のガラスの支持方法を工夫する必要がある。

（薄膜太陽電池セル）
透明電極付のガラス基板は、レーザ加工により素子形状にパターン化される。この加工した基板の上には半導体が形成されている。薄膜太陽電池セルの半導体としては、アモルファスシリコン、薄膜多結晶シリコンあるいはゲルマニウムの化合物などが良く知られている。その他にも本発明が適用されるものとしては、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ、ＣＩＳ、ＣＩＧＳなどの化合物半導体が知られているがこれらに限定されるものではない。また、太陽電池セルは一層のみではなく、複数の太陽電池セルを積層したものも考えられる。好適な例としては、光入射側から、アモルファスシリコンのｐ−ｉ−ｎ接合と薄膜多結晶シリコンのｐ−ｉ−ｎ接合を積層したアモルファス/薄膜多結晶シリコンタンデムセルがある。

半導体層をレーザ加工などでパターン化した後に、裏面電極を形成する。裏面電極には数十ｎｍのＺｎＯ等の反射層と１０ｎｍ程度の反射金属が積層され、半導体/裏面電極界面の反射率が高いものが用いられる。同じく、裏面電極はレーザ加工でパターン化でされてガラス基板上の薄膜太陽電池が形成される。

通常において大面積の太陽電池においては１００段程度のセルが直列接続され、電圧として８０Ｖから１５０Ｖ程度となる。

（周辺除去領域）
これらの薄膜は、化学気相堆積法にて形成されるために、ガラス基板の周辺部を含んでほぼ全面に形成される。太陽電池モジュールで発生した電力の電圧は、一枚の太陽電池モジュールで１００Ｖ前後に及ぶ場合があり。漏電の危険性があるために、ガラス基板の縁の部分から、所定の幅で、透明電極、半導体、裏面電極の全層を除去した領域１３を設けることで、ガラス基板１の中側にて発生した電力をガラス基板の周縁と絶縁する。

絶縁に必要な幅は、工業規格であるＵＬ１７０３あるいはＩＥＣ６１７３０等で規定されており、モジュールを直列して最大６００Ｖのシステム電圧で使用する場合は少なくとも６．４ｍｍの幅が必要である。

除去する方法としては、研磨材を付着させた回転バフを用いたバフ研磨、硬質粒子を吹きかけて研磨するサンドプラスト、レーザ加工などがあり、できるだけ傷や凹凸を生じない方法が検討されている。

また、こうした研磨面は、ガラスの充填材との接着強度が金属等の他の部材との接着強度よりも強い性質を利用して、後の封止工程で充填材を良好に付着させることに役立っている。

（充填材、バックカバー）
ガラス基板１上に形成された薄膜太陽電池セル２は、銅条（リード）で配線され、充填材３とバックカバー４で封止・保護される。

充填材としては、ＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合体）が最もよく用いられ業界標準となっている。バックカバーとしては、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標名））のようなフッ素樹脂系フィルム或いはＰＥＴフィルムのような耐熱性、耐湿性に優れた絶縁フィルムが用いられる。さらにバックカバーは、アルミニウム等からなる金属箔や無機防湿膜をコートしたフィルムからなる防湿層が、これらのフッ素樹脂系フィルムやＰＥＴフィルム等で挟持、積層された構造が好ましい。アルミニウム箔のような金属箔は耐湿性や耐水性を向上させる機能を有するので、バックカバーをこのような構造とすることにより、薄膜太陽電池セルを効果的に湿気、水分から保護することができる。

ガラス基板１の太陽電池セル形成面に、ガラス基板と同寸法かあるいは少し大きめの充填材の原料シートとバックカバー４のシートを、配線のためのリードを穴から通して重ねたのち、真空ラミネート装置にて、充填材を熱溶融・脱気した後に、大気圧にてシートを押さえ、熱架橋させて、封止工程が行われる。

封止工程の後には、ガラス基板の端面にはＥＶＡ等の樹脂がはみ出して付着しており、ガラス基板の端から充填材とバックカバーが突出していることがある。

これらはみ出した、充填材及びバックカバーは、刃物等を用いてガラス基板の大きさに合うように、削り取られる。

（端面封止）
はみ出した樹脂はガラス基板との付着が不十分であったり、弱い場合があるので後の工程で剥離することがある。特に後の工程で樹脂等を塗布する場合に、塗布不良を起こしたり、完成品の状態で剥離して水分が通過する欠陥部を生じる可能性がある。

そのため、後の工程で残留したガラス基板端部の充填材が剥離することが起こらないように、完全に除去されていることが望ましい。現実的には許容限界は、残留した充填材が局所的に０．１ｍｍ以下の厚みで存在する場合である。それよりも多くなると、特に長期使用を仮定した加速試験でガラス／充填材の界面で剥離がみられ、この剥離箇所が水分の通り道になることが観察された。

また、充填材３とバックカバー４は削り取りの過程で、ガラスの面取り部分において除去されるために、ガラス基板１の大きさよりも小さくその端部がガラス基板の端部よりも内側に控える１６ことになる。具体的な寸法としては１ｍｍ前後控えることになる。

はみ出した充填材とバックカバーを削り取ったパネルをガラス端部から望むと、ガラス基板の薄膜太陽電池セルが形成された面上に、充填材３の層とバックカバー４の層が積層されて見えることになる。

充填材３は、水分を透過する性質があるのと、充填材３とガラス基板１の界面がこの端部で開放されているために、太陽電池の使用環境において、水分がこの部分から浸入する可能性がある。

この問題を解消するために、この露出部分を覆い密接するように、端部封止材６を塗布する。

充填材の断面の被覆のみでは端部封止材６の端の部分からの水分の浸入する可能性があるため、端部封止材６はバックカバー４の周辺部を覆うとともに、反対側においてはガラス基板を面取りした部分も所定の幅で覆う必要がある。

端部封止材６でバックカバー４を覆う幅はできる限り広いことが望ましいが、端部封止材６を液状にしてノズルから吐出しながら塗布する工程で端部封止材６を設けるため、実施の容易さを考慮して、極端に幅を広げることも好ましくない。

ガラス基板１や、削り取ったバックカバー４の寸法精度を考慮すると、バックカバー４を覆う幅１４は設計寸法で１ｍｍ以上、実際の寸法で０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が望ましい。

ガラス基板１の端部への端部封止材６の塗布においては、最大はガラス基板１の厚みが考えられるが、最小としては充填材の残留物の幅に加えて１ｍｍ程度の幅が必要である。

ガラス端部は面取りにより、粗面になっているので、端部封止材６の付着が弱くなる可能性があり、面の状態により、加速信頼性試験で確認しながら最小幅を決定していく。

端部封止材６の材料としては、水分の透過が充填材よりも少ないことが望ましく、完成した状態で水分の透過を抑制できる厚みで設置できる材料を使用することが望ましい。

そして、端部封止材６は封止すべき部分に密接して設置できる必要がある。

しかし、実際の設置工程を具体的に実現するためには、材料を液状にして塗布する工程が簡便である。

端部封止材６の塗布方法としては、加熱等の方法により所定の粘度状態にした樹脂を、塗布速度に追随した吐出量に制御しながら、上記設置部に対応した形状のノズルをモジュール端部に沿わせながら塗布するディスペンス法が望ましい。

こうしたある程度の粘度のある材料を塗布する工程では、塗布する場合において、最も問題となるのは連続的に塗布している部分ではなく。塗布を開始して完了する不連続点あるいは、塗布する方向が変わる角の部分である。

この部分では、前に塗布した端部封止材６の上に、封止剤を塗布することになり、被塗布面との間に空隙を生じることになる。

この空隙により、端部封止材６の前記充填材の露出部の間に隙間が生じて水分の浸入が発生しやすくなる。実際には、この端部封止材を加熱したコテで押える等の工夫で空隙を小さくしたり、水が溜まりにくい上側にこの継ぎ目が配置されるように太陽電池モジュールが設置する等の工夫がなされる。

上記工程でガラス基板１の端部に端部封止材６が設置された薄膜太陽電池パネルの端部はフレームに設けた溝部でフレームに取り付けられる。

（ガスケット）
薄膜太陽電池パネルは直接フレームに取り付けるのではなく、端部を囲む樹脂製のガスケット５を介在させてフレームの溝に取り付ける。

フレーム７は通常アルミニウムあるいはその合金で作られており、このフレーム７と太陽電池パネル１１のガラスとを直接に接触させた場合には、実際の使用環境において、太陽光を吸収して熱せられたガラス基板とフレームの温度差がガラス基板内の熱勾配となって部分的にガラスの膨張量に差異が生じ、ガラスが割れる熱割れの問題がある。

ガスケット５は断熱により熱割れの問題を解消すると共に、ガラス基板１への外部応力を緩和し、フレーム７の溝とガラス基板の間の応力の局所化を緩和する働きを有する。

更に、本発明では、ガスケットは、ガラス基板とフレームの間の電気的な絶縁体として効果的に機能し、先の非特許文献１に記載されているような腐食を防止する機能を発揮するように本発明の概念を応用して設計する。

（本発明の端部の絶縁の概念）
ガラスは通常の概念では、絶縁体であるが、それは薄膜太陽電池モジュールが乾燥した雰囲気にある場合である。ところが、ガラスを高湿度雰囲気に置くか、あるいは水中に浸漬すると途端に導電性を示すことがわかった。さらに導電性は高温になると更に増し、充填材等に用いられる高分子と比較すると数桁低い抵抗になる。薄膜太陽電池パネルとフレーム７の関係について思考実験をしたのが、図２に示す関係である。

図２の（１）には従来の、（２）には本発明の薄膜太陽電池モジュールの端部の状況を示す。ガラス基板１の上には太陽電池セル２が形成され、既に説明した様にその周辺の領域は機械的な方法にて薄膜が除去された領域１３が設けられている。充填材ならびにバックカバー４にて封止した後、ガラス基板の端部はシール材やガスケットで絶縁された領域１４が設けられる。図では示さないがこの絶縁領域１４を包み込む様にフレーム７によりガラス基板を含む薄膜太陽電池パネル１１を支持している。薄膜太陽電池モジュールを設置する場合において、人が接触する可能性のある金属部品は接地することが安全規格にて義務付けられており、前述のごとく、薄膜太陽電池セル２は数１０Ｖから１００Ｖ前後の電圧を発生するので、フレーム７と薄膜太陽電池セルとの間には大きな電位差が生じて、今まで掲げた材料に導電性がある場合には電流が流れる。その電流の経路として考えられるものを記号ＡからＥで示した。この電流により電荷が運搬されるときにイオン化した物質存在するとそれらが輸送され、薄膜太陽電池セルの部分で電気化学的な反応が起こると腐食が発生すると考えられる。ここで各経路について、腐食の発生が顕著な太陽電池セルが負電位である場合について説明すると、
経路Ａはフレームの電位から水滴等を伝わってガラスの表面を経由してガラス基板本体を経由してやがて薄膜除去領域１３に至り、経路Ｂに合流するものである。経路Ａではガラスに含まれるナトリウムイオンが極めて遅い速度で薄膜除去領域１３の表面に輸送されることが判っている。

経路Ｂは薄膜除去領域１３においてガラスの表面と充填材の界面での経路である。端面封止６が不十分な場合には、この界面に多くの水分が集まり、更にガラス基板のナトリウムが存在すると、矢印の方向にナトリウムイオンが輸送され、太陽電池セルを構成する透明電極と反応する電気化学的腐食が発生する。今までの研究では経路Ｂが最も腐食に寄与すると言われており、水分の浸入の防止、並びに絶縁が有効とされ従来技術の多くは、メカニズムを知っているか知らないかを問わず、この現象に対する対策となっている。

経路Ｃは充填材３の内部を伝わる経路である。古くから用いられているＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合体）は水分を吸収すると絶縁抵抗が低下するが、それでも１０^１１Ω/ｃｍを遥かに超える抵抗率があることから、この経路での電荷の移動は極めて少ない。

経路Ｄは、バックカバー４の内部の金属箔を経由し、充填材の厚み方向で伝わる経路である。バックカバーの金属箔と充填材の間には絶縁耐圧が高く抵抗の高い樹脂フィルムが挟まれており、充填材３も前述のごとく高抵抗であるのでこの経路の寄与は設計上は少ない。しかしながら、何らかの失敗でバックカバーに穴が生じ、充填材が薄くなったりした場合にはこの経路での電流が大きくなり漏れ電流が生じる。しかしながら、製造工程での問題は製品検査でカバーできるし、輸送や設置で傷が生じることは稀である。

経路Ｅは、ガラス表面からガラス内部を経由して薄膜太陽電池セルに直接伝わる経路である。ガラス内部については経路Ａと同様な振る舞いと示すが、仮にナトリウムイオン等が太陽電池セルの近傍まで移動したとしても、前述の通りアルカリバリアとしてＳｉＯ_２が存在しており、イオン成分がこの部位でブロックされるので、寄与としては小さいと考えられる。

以上の説明において従来構造においては、完全に設計通りに作られた場合には、主として経路Ａから経路Ｂに至る電界の経路が問題となる。図２（１）の絶縁部１４は実際の場合にはガスケットの隙間等によりガラスの面が開放されている場合が多く、図示したものよりも経路Ａの寄与は通常大きい。

一方、図２（２）の本発明の構造では、ガスケット５あるいは端面封止６によりガラス基板の表面側まで絶縁されている。この場合はガラスの抵抗が低下しても経路Ａの寄与は完全に無くなり電気化学的な腐食が発生しない構造であるといえる。

（ガスケットと端部封止構造の詳細）
以上のごとき、思考実験の結果を反映して、図２（２）の本願の発明を具現化するにはガスケットと端部封止材を主体とする樹脂材料で薄膜太陽電池セルを除去した幅のガラス基板の表面を絶縁することがポイントである。図３にはその幾つかの態様を示している。

図３（１）は、図１に示したものと同じものであるが、裏面側の封止端部を端部封止材６にて囲み、ガスケットで絶縁を維持する思想の構造である。この場合は、ガスケットはガラス基板の薄膜太陽電池セルが存在開始する境目の部分のみガラスと密着しており、ガスケットに囲まれた内部の空間には水分が滞留しない構造となっている。この構造では、ガスケットがガラス基板と接触する部分はガスケット材料で、それ以外の部分は空気で絶縁が成されている。

図３（２）は、端部封止材を大量に使用することによって、図１の構造で空気で絶縁していた部分を、端部封止材の材料で充填する構造である。この場合はガラスの表面側において端部封止材で水分を入れない構成であり、端部封止材で絶縁されている。

図３（３）は、図３（２）の構成の派生形であり、端部封止材は図３（１）と同じであるが、更にそれ以外の空間は樹脂材料１５で覆っている。樹脂材料１５は水分を透過するがその状態で電気的な絶縁性を有しているものを使用することが好ましい。

図３（４）は、本特許の第二の発明を示す態様である。従前の絶縁構造はガスケットを主体にするものであったが、この構成では樹脂材料１５で薄膜太陽電池セルを除去した幅のガラス基板の表面を絶縁している。また図３（５）のごとく、ガスケット５と類似した材料で密着させることで同様の効果を得ることも可能である。

端部封止材６の性質としては、太陽電池モジュールが使用される際に到達する温度で流動しないことが望ましく、設置するために塗布する場合に装置を用いて粘度性液体になることが望ましい。また、フレームの溝内部で発生する応力に対して大きな変形が生じないとともに、ひび割れが生じない硬度であることが望ましい。

材料の例としては、ブチルゴム、シリコーン樹脂やアクリル粘着剤の群の材料の少なくとも一つがあげられる。

水蒸気透過性の点では、ブチルゴム、アクリル粘着剤が透過量が少なく望ましく、密着性ではシリコーン樹脂、ついでブチルゴムが優れる。しかしながら、シリコーンは水蒸気透過性では劣っており、これらの全ての観点で、ブチルゴムが優れている。ブチルゴムの性質は配合等により調整が可能であるが、使用温度で溶融せず、室温でタック性があるものの容易に変形しないことが望ましい。

具体的には、軟化点が１００℃から２３０℃であり、タイプＡディロメーターで測定した硬度が２０〜１００であるブチルゴムを使用することが望ましい。

また、塗布する際に穴等が発生しないように、塗布する厚みは０．３ｍｍ以上であることが望ましい。バックカバーや充填材の端の部分の凹凸やガラスの寸法不良で塗布不良が生じた場合に樹脂が途切れて穴ができる可能性がある。

また、１辺ごとに防水性樹脂を塗布した後、各角部の樹脂継ぎ目を熱風や加熱したコテなどで加熱し、防水性樹脂と透明絶縁基板および保護シートとの界面部まで樹脂を溶融させ、成形しなおすことで継ぎ目の隙間を消失させることができる。

上述のように防水性樹脂を全周途切れなく塗布した場合でも、始点・終点で継ぎ目が１箇所できるが、ここにこの溶融の手法を適用すると全周で完全に継ぎ目をなくすことができるので、さらに好ましい。

ガスケット５の材質としては、EPDM、熱可塑性エラストマー（商品例：サントプレン）が例示される。このような材質は太陽電池モジュールが使用される高温高湿度環境においうても、機械的強度の変質が少なく、ガラス基板表面との密着性が得られるととももに、一部が太陽光に照射される場合においては耐紫外線特性が要求される。

更に充填する樹脂材料１５の性質としては、高温高湿化での絶縁性を維持していることが望ましい。また、工業的にはこれらの材料を充填するときに適度の粘度とチクソ性を有しており所望の空間を埋めることできること、ガスケット、端部封止材との化学反応で相互の特性を損じないこと、前記の使用環境で割れ等の劣化を生じないことが重要な性質と考えられえる。こうした特性を満足する材料としてはシリコーン等が好適である。

以下、実施例により具体的に説明する。

（実施例１）
５００ｍｍ×１０００ｍｍの面積で４ｍｍ厚のガラス基板上に薄膜太陽電池セルを形成し周辺部の膜を１０ｍｍ幅で除去した基板を、充填材としてＥＶＡシート、バックカバーとしてＰＥＴ／アルミ箔／テドラーフィルム３層積層シートを重ね、真空ラミネーターにより封止、１５０℃／３０分間の加熱キュアにより薄膜太陽電池パネルを得た。

ガラス基板周囲にはみだした充填材とバックカバーを刃物にて除去し、その周縁部にブチル樹脂を塗布した。バックカバーとの重なり部は１ｍｍ、ガラス基板端部の重なり部は１ｍｍであった。

ブチル樹脂は太陽電池パネルの各辺ごとに一辺ずつ塗布した。その後、四隅の角部継ぎ目の樹脂を接着界面まで加熱したコテで溶融させて隙間を消失させてから、再成形した。

図３（１）に示すガスケットを取り付けてから、アルミフレームを組み付け、太陽電池モジュールを作成した。

作成した薄膜太陽電池モジュールを温度８５℃、相対湿度８５％の環境試験機に投入した。試験体には所定の方法で端子箱を取り付けて発電の出力ケーブルを試験機の外に引き出した。フレームの一部にはアース線を取付け、アース線も試験機の外に引き出した。薄膜太陽電池モジュールは絶縁体で作成した支持台で支えた。

出力ケーブルの正極と負極は短絡して一本とし、アース線との間に直流電源装置を用いて太陽電池セルにマイナス５００Ｖが常時印加される様にした。直流電源装置には電流モニター機能があり、漏れ電流が１ｍＡを超えた時点でストップする様にした。

この様にした状態で約１０００時間暴露し薄膜太陽電池セルが変色するか観察した。

（実施例２）
実施例１と同様であるが、実施例１の方法でブチル樹脂を塗布してから、さらにディスペンサーでブチル樹脂を盛り、図３（２）の如くガスケットを取付けた点で異なる。

（実施例３）
実施例２と同様であるが、実施例１の方法でブチル樹脂を塗布してから、さらにディスペンサーでシリコーン樹脂を盛り、シリコーン樹脂が固化しない状態で図３（３）の如くガスケットを取付けた点で異なる。

（実施例４）
実施例３と同様であるが、あらかじめガラスの表面にシリコーン樹脂を枠状に塗布してから実施例１の方法でブチル樹脂を塗布し、さらにディスペンサーでシリコーン樹脂を盛り、シリコーン樹脂が固化しない状態で図３（４）の如くガスケットを取付けた点で異なる。

（実施例５）
実施例３と同様であるが、あらかじめガラスの表面にシリコーン樹脂を枠状に塗布してから実施例１の方法でブチル樹脂を塗布し、さらにディスペンサーでシリコーン樹脂を盛り、シリコーン樹脂が固化しない状態で図３（５）の如くガスケットを取付けた点で異なる。

（比較例１）
実施例１と同様に封止、加熱キュアし、端部のはみ出しを除去したあと、ホットメルトブチルを各辺ずつ角で継ぎながら塗布し、つなぎの部分を溶融処理した。そこに、図２（１）の領域を覆うふところの短いガスケットを使用してアルミフレームを組み付けた。

結果を表１にまとめた。いずれのモジュールも１０００時間以内に漏れ電流が１ｍＡを超えて測定がストップすることは無かった。そこで変色した面積のセル全体の面積に対する比率を示している。なお、比較例で既に電気化学的腐食を防止した構成になっているが、こうした対策をしない場合には１０％以上の領域で変色が見られる条件である。

比較例１では約０．１％の領域で変色が見られた。これでも発電という点では十分であるとも言えるが、実施例１、５では更に改善されている。更に実施例２，３，４では全く変色領域が見られなかった。

以上の様に、本発明では、周辺部に塗布した樹脂の隙間をなくし、更に周辺部を研磨した領域のガラス基板の表面を絶縁体で覆うことで、周縁部封止の信頼性と耐久性が増し、薄膜太陽電池モジュールの電気化学的腐食を抑制することが可能となるので長期信頼性の高いモジュールを得ることができた。

本発明にかかわる第一の実施形態の一例である薄膜太陽電池モジュールの構造を示す断面図。 本発明にかかわる絶縁構造の仕組みを説明する説明図であり、（１）は従来の構造、（２）は本発明の構造を示す。 本発明にかかわる種々の実施形態を示すものである。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 薄膜太陽電池セル
３ 充填材
４ バックカバー
５ ガスケット
６ 端部封止材
７ フレーム
１３ 周縁薄膜除去領域
１５ 充填絶縁樹脂材料

Claims (6)

1. 少なくとも、薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板と、充填材と、バックカバーと、を備える薄膜太陽電池パネルと、前記薄膜太陽電池パネルの周縁部を囲むガスケットと、を含む薄膜太陽電池モジュールであって、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部はガラスが露出している部分を有し、前記ガスケットは、前記薄膜太陽電池セルを１主面上に備えるガラス基板の前記１主面上の周縁部のガラスが露出している部分の幅を完全に囲むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
2. 更に端部封止材を備える前記薄膜太陽電池モジュールであって、前記端部封止材は、前記薄膜太陽電池パネルと密接し、前記ガスケットで囲まれた部分に存在することを特徴とする、請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
3. 更に端部封止材を備える前記薄膜太陽電池モジュールであって、前記端部封止材は、前記薄膜太陽電池パネルと密接し、前記ガスケットで囲まれた部分に存在し、該囲まれた部分の空間に前記端部封止材又は樹脂材料が充填されてなる請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
4. 更にフレームを含み、ガスケットで周縁部を囲まれた前記薄膜太陽電池パネルが前記フレームの溝に設置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
5. 前記端部封止材が、ブチルゴム、シリコーン樹脂及びアクリル粘着剤からなる群より選ばれた１種以上の材料である請求項２〜４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
6. 前記端部封止材の軟化点が１００℃以上２３０℃以下でありタイプＡデュロメータによる硬度が２０〜１００であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュール。
   

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